Isolation thermique Matériaux isolants Modes de transfert de chaleur Conduction nduction: : transfert de l'agitation par chocs intermoléculaires Convection: : transport de matière entre zones chaude et froide Rayonnement:émission mission-absorption de rayonnement électromagnétiquetique Evapo-condensation condensation: évaporation et condensation 1
Pour isoler il faut: Enlever la matière pour diminuer la conduction Elément étanche (ou le vide) pour éliminer la convection Elément opaque ou réflr fléchissant pour diminuer le rayonnement Matériau sec pour éviter l'évapo vapo-condensation L'isolant principal dans le bâtiment L'air immobile Les fibres ou parois des cellules immobilisent l'air, supprimant la convection Le rayonnement ne peut pas passer au travers du matériau globalement opaque Dans l'idéal, il ne reste que la conduction de l'air. 2
Conductivité thermique λ Quantité de chaleur passant en 1 seconde au travers de 1 m² d'une couche de matériau homogène de 1 mètre d'épaisseur, soumis à une différence de température de 1 degré. 1 m 1K Conductivi vité thermique et densité (matériau isolant fibreux) Conductivité thermique [W/(m K)] 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 λ = a + b ρ + c/ ρ 0 20 40 60 80 100 Masse volumique [kg/m³] 3
Quelques matériaux Conductivité thermique [W/(m.K)] 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Isolants Bois Neige Eau Béton cellulaire Plots ciment Plâtre Brique Mortier Béton, pierre Verre Masse volumique [kg/m³] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Isolant Conductivité relative Verre Béton Molasse Mortier Plâtre Plot de ciment Brique Neige Eau Béton cellulaire Sapin Aluminium Acier 1 10 100 1 000 10 000 Conductivité par rapport à l'air 4
Qualité des isolants thermiques Conductivit ité thermique Résistance mécanique m (traction et compression) Etanchéit ité à l'air Résistance à la diffusion de vapeur d'eau Faible absorption d'eau Stabilité dimensionnelle Résistance au feu Comportement à la chaleur Qualités s acoustiques Prix Effets des isolants thermiques Isolation thermique Protection incendie Isolation acoustique contre les bruits aériensa contre les bruits de choc Absorption acoustique 5
Qualités s de matériaux isolants Applications Pouvoir isolant Densité Résistanmce au feu Résistance à la diffusion de vapeur d'eau μ Résistance à l'eau Résistance à 10% de compression [kpa] Résistance à la traction [kpa] Étanchéité à l'air Résistance à la chaleur Absorption acoustique bruits de choc Absorption acoustique bruits aériens Matériau Laine minérale légère + -- ++ -- 0 -- -- -- + ++ Laine minérale dense ++ - ++ -- 0 0 - -- ++ ++ + Mousse de verre + + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ -- Béton cellulaire -- ++ ++ - - ++ + + ++ -- PUR ++ - 0-0 + + 0 ++ - -- Urée Formaldéhyde + -- + -- - -- -- -- 0 PS expansé + -- + + 0 + + 0 0 - -- PS extrudé ++ 0 + ++ + + ++ 0 0 - -- Fibres de bois 0 + 0 0 -- + -- - + + ++ Paille et ciment 0 ++ + 0 -- + 0 - + 0 + Liège + + + + - + 0 + ++ + - ++ : Très élevé +: élevé 0 : moyen, acceptable - : bas --: très bas Case vide: ne s'applique pas. D'après "Essais comparatifs", OFQC 1983. Classes d'inflammabilité I II III IV V VI 1 2 3 S'enflamme très s rapidement S'enflamme très s facilement Facilement combustible (laine de bois) Moyenneement combustible (épic( picéa) Difficilement combustible (chêne) Incombustible Forte absorption lumineuse (fumées opaques) Absorption lumineuse moyenne Faible absorption lumineuse (moins de 50%) 6
Résistance mécaniquem Pas toujours nécessairen Résistance à la compression pour dalles, planchers, ouvrages souterrains. Se mesure par la contrainte à 10% de compresion. Résistance à la traction (rupture) pour isolation extérieure compacte, toitures plates non chargées Etanchéit ité à l'air Nécessaire pour le confort, la durabilité et le contrôle de l'aération N'est pas attendue d'un matériau isolant 7
Résistance à la diffusion de vapeur d'eau Nécessaire pour la durabilité de la construction La vapeur d'eau diffuse au travers des matériaux poreux, et condense dans les zones froides, donc en aval de l'isolation. N'est pas attendue d'un matériau isolant Absorption d'eau Un isolant humide perd son pouvoir. Les isolants pouvant être en contact avec de l'eau ne doivent donc pas l'absorber Se mesure en laissant flotter des échantillons sur l'eau par diffusion de vapeur dans un gradient de température 8
Qualités s acoustiques Absorption des bruits de choc matériaux mous Absorption des bruits aériens a matériaux poreux ou fibreux Les matériaux isolants 9
Fibres minérales Fibre de verre (ISOVER) Laine de roche (ROCKWOOL, FLUMROC) Fibres obtenues par filage de verre plus ou moins pur, liée e avec une colle (bakélite) Bonne résistance r au feu Peu hygroscopique Absorption acoustique Résistance mécanique m nulle à basse densité,, moyenne à haute densité Fibres minérales 10
Laine de verre Fibres naturelles Laine, coton, cellulose, paille, coco, chanvre Cellulose (papier recyclé) ) injectée Emploi marginal, connotation écologique Absorption acoustique Faible résistance r au feu, à l humidité et aux agents biologiques 11
Mousses minérales Mousse de verre (FOAMGLAS) Cuisson d un «cake» de verre Bonne résistance à la compression Etanche à l eau et à la vapeur d eau Cher Verre cellulaire 12
Mousses minéra rales Béton cellulaire (YTONG) Mortier à la poudre d aluminium, d autoclavé Pouvoir isolant médiocre m (donc forte épaisseur) Bonne résistance r mécaniquem Parois et dalles homogènes, éléments légersl Sensible à l eau, au gel si humide Isolants organiques synthétiques tiques Polystyrène Polyuréthane Urée-formol 13
Isolants organiques synthétiques tiques Polystyrène expansé Usage général Résistance à l eau médiocre Résistance mécanique suffisante dans bien des cas Polystyrène extrudé Usage spécifique pour toitures inversées et isolation enterrée Bonne résistance aux intempéries, notamment à l eau Résistance mécanique supérieure Plus cher que le PS expansé Isolants organiques synthétiques tiques Polyuréthane Bonne résistance mécanique Excellent pouvoir isolant Résistance nulle aux intempéries et UV Mousse injectable Urée-formol Mousse injectable in situ Très sensible à l eau Résistance mécanique nulle 14
Mousses organiques Isolants ligneux Bois léger, l paille agglomérée Bonne résistance mécanique Pouvoir isolant médiocre Faible résistance à l humidité (pourriture) 15
Liège Bonne résistance mécanique Résistance à l humidité médiocre Certaine résistance au feu Isolation mince réflr fléchissante Lame d'air Isolant Feuille(s) réfléchissante(s)! Attention aux escrocs Les miracles sont rares 16
Isolation mince réflr fléchissante Un matériau prétendu équivalant à 20 cm de laine minérale 2 2 2 R max = 0,51+0,56+0,51=1,59 m²k/w R réal. = 0,35+0,55+0,35=1,25 m²k/w 6 RLM 0,06 = = 1,50 0,04 0,06 RPUR = = 0,03 2,00 m²k/w m²k/w Isolations exceptionnelles 17
L'espace Le vide interdit la convection et la conduction Seul le rayonnement reste Une tenue réfléchissant e assure une isolation thermique presque parfaite. Bouteille "Thermos", vase de Dewar Le vide entre les deux parois supprime la convection et la conduction Les parois métallisées réduisent le rayonnement Il ne reste que le col dans lequel la conduction demeure 18
Isolation sous vide Getter, ou dessiccant Emballage étanche Matériau de support Empêche l'air d'entrer dans les interstices du matériau de support Empêche la pression atmosphérique d'écraser la plaque isolante (10 t/m²) Maintient le vide malgré le dégazage et la diffusion Isolation sous vide 19
Conductivité thermique et pression [mw/(m K)] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Fibre verre PSEx PUR SiO2 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Pression [mbar] Diverses isolations sous vide (13 Pa) PS PUR Silice Fibre Verre λ [mw/(m K] 5-6 10 6 2.5 ρ [kg/m 3 ] 80-150 64 190 130 Coût t relatif Bas Moyen Moyen Elevé 20
Nanogel de silice Mousse de quartz obtenue par dessiccation du silicagel à pression et températures critiques Dimensions de pores << libre parcours moyen, donc conduction réduite à pression atmosphérique λ < 0,017 W/(m K) à 1 bar λ < 0,005 W/(m K) à 0,1 mbar Gaz lourds La conductivité thermique des gaz diminue avec leur masse moléculaire Ar, Kr, Xe,, Fréons, SF 6 utilisés s pour isoler dans: Lampes à incandescence Vitrages isolants Certaines mousses (PUR notamment) 21